Почему блестят бриллианты?

Алмаз – один из самых твердых материалов. Мы знаем, что это аллотроп углерода. Алмаз (кристаллический по своей природе) имеет трехмерное расположение атомов углерода, связанных друг с другом сильными ковалентными связями. То, что вы показали круглый бриллиант бриллиантовой огранки.

На самом деле секрет, который гремит внутри бриллианта, заключается в преломлении, полном внутреннем отражении (не путать с обычным отражением) и дисперсии. Показатель преломления алмаза довольно высокий ( 2,417 ), а также дисперсионный (коэффициент 0,044). В связи с этим алмаз имеет важное применение в оптике.

Рассмотрим идеальный бриллиант. Объясняю по рисунку ниже. Когда свет падает под углом$1$, он преломляется внутрь и проходит через решетку. На поверхности, разделяющей воздушную и алмазную среды, угол падения$2$значительно превышает критический угол ($c_a$) и одновременно ($3$&$4$) отражение происходит от разных поверхностей алмаза. Наконец, свет преломляется.

Первый показывает механизм внутреннего дисперсионного отражения. На втором рисунке показаны отражения внутри бриллиантов идеальной, глубокой и мелкой огранки.

Примечание. Чтобы имело место полное внутреннее отражение, свет должен проходить из оптически более плотной среды в относительно более разреженную среду. Кроме того, угол падения должен быть намного выше критического угла.

На ютубе есть плюшки на эту тему...

Явление, которое вы ищете, называется полным внутренним отражением . Вы также можете посмотреть эту ссылку для получения дополнительной информации.

Чтобы провести сравнение со стеклом: в стекле (по большей части), когда вы падаете на него свет, он преломляется на одной поверхности, снова преломляется на другой поверхности и покидает материал. Это не всегда происходит, происходит некоторое полное внутреннее отражение, но «критический угол» для стекла действительно высок, поэтому обычно вы этого не видите.

Но алмаз, с другой стороны, имеет действительно высокий показатель преломления ($\approx 2.4$) и из-за этого критический угол полного внутреннего отражения намного меньше. Таким образом, больший процент падающего света несколько раз отражается внутри, прежде чем выйти из алмаза, что делает алмаз действительно блестящим.

Редактировать: как @JohnRennie также упомянул - это также форма, которая имеет значение для блеска. Неограненный алмаз не выглядит таким ярким, поскольку углы падения не превышают критический угол.

Алмаз имеет очень высокий показатель преломления (около 2,42 по сравнению с примерно 1,5 у стекла). Количество света, отраженного на границе раздела воздух/что-либо, связано с изменением показателя преломления на границе раздела, и, вообще говоря, чем больше изменение показателя преломления, тем больше света отражается. Итак, если вы сравните бриллиант с куском стекла, вырезанным той же формы, бриллиант будет отражать больше света и, следовательно, больше сверкать.

Сверкание — это не только высокий показатель преломления — форма тоже имеет значение. Алмазы огранены таким образом, что луч света, падающий на бриллиант, многократно отражается внутри бриллианта и, следовательно, излучает свет во всех направлениях.

На самом деле бриллианты не светятся, они отражают. Вы вынесете бриллиант на улицу, когда будет солнечно, и он осветит всю улицу, но как только вы занесете его внутрь, станет темно, как никогда. Алмаз на самом деле отражался от Солнца!